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Tecnologieefficientiedesempiperla
realizzazionedidiagnosienergetiche
1CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
Premessa• Ilvaporeèunodeivettoripiùutilizzatipertrasportareenergia;• Produrrevaporeèeconomicoeefficientedalpuntodivistaenergetico;• Puòessereprodottoaaltapressione.Piùaltalapressionemaggioreèla
temperatura;• Larelazionedirettatralapressioneelatemperaturadelvaporesaturopermettedi
controllarefacilmentelaquantitàdienergiarichiestadalprocesso;• Ilvaporetrasferiscefacilmenteilsuocontenutotermicoalprocesso;• Ilvaporeèsterileeinalcuniprocessièusatodirettamente;• Imoderniimpiantiavaporesonofacilidagestire;• Imodernigeneratoridivaporesonocompattieefficienti;• Ilvaporepuòessereprodottoutilizzandounampiavarietàdicombustibili;• Gliattualisistemidirecuperodelcalorepossonoabbattereicostidovutiagli
spurghi,alrecuperocondensa……..assicurandoun’altaefficienzad’impianto;• ……………………………………………………………
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Quantocostaprodurrevapore
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Portatavapore 10.000 kg/hpressionevapore 12 bartemperaturavapore 188 °Centalpiavapore 2783 kJ/kgTemperaturaritornocondensa 70 °CEntalpiadellacondensa 293,07 kJ/kgpercentualerecuperocondensa 60 %Entalpiaacquadialimento 83,91 kJ/kgRendimentodicombustione 0,9PCIcombustibile 34450 kJ/Sm3Costodelcombustibile 0,4 €/Sm3Costoproduzionevapore 332,0 €/horefunzionamento 7500 h/annoSpesaannualeproduzionevapore 2.490.173 €/anno
Portatavapore 10.000 kg/hpressionevapore 12 bartemperaturavapore 188 °Centalpiavapore 2783 kJ/kgTemperaturaritornocondensa 70 °CEntalpiadellacondensa 293,07 kJ/kgpercentualerecuperocondensa 60 %Entalpiaacquadialimento 83,91 kJ/kgRendimentodicombustione 0,91PCIcombustibile 34450 kJ/Sm3Costodelcombustibile 0,4 €/Sm3Costoproduzionevapore 328,4 €/horefunzionamento 7500 h/annoSpesaannualeproduzionevapore 2.462.809 €/anno
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Indice• CentraleTermica
1. Minimizzarel’eccessod’aria2. Pulirelesuperficidiscambiodelgeneratore3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo5. Recuperareenergiadaglispurghi6. Migliorareiltrattamentodell’acquaperminimizzareglispurghi7. Aggiungereunaccumulatoredivapore8. Ottimizzareilfunzionamentodeldeareatore9. Utilizzarecombustibilialternativi10. Ridurreleperditedovuteperattaccaestaccadelboiler11. Utilizzarevariatoridivelocitàperiventilatoriepompe12. Riparareomigliorarelacoibentazionedelboiler13. UtilizzarebruciatoriabassaemissionediNox
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Indice• Retedidistribuzionedelvapore
14. Riparareleperditedivapore15. Ridurregliscarichidivapore16. Assicurarsicheletubazionisianocoibentate17. Realizzareunaefficacegestionedeicondensini18. Distaccareletubazioninonutilizzate19. Utilizzareturbineacontropressioneinvecechevalvoledilaminazione20. Drenarelacondensadallaretedidistribuzione21. Verificareildimensionamentodelletubazioni22. Verificareilnumeroelalocalizzazionedeicondensini
• Utilizzodelvapore23. Eliminareoridurrelaquantitàdivaporeutilizzatodalprocesso24. Utilizzareilvaporeallapiùbassapressionepossibile25. Recuperarelamassimaquantitàpossibiledicondensa26. Recuperarelacondensaallapiùaltatemperaturapossibile
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Schemaimpiantoavapore
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Schemaimpiantoavapore
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Unpo’distoria........
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E’nelXVIIIsecolocheilvaporecominciaadessereimpiegatocomevettoreenergetico
Lacaldaiaeraalloraunrecipientemetallico,disolitocilindricopostosuunafiammaesterna acarbonella
IlpassaggioallafiammainternaavvieneconlacaldaiaCornovaglia(nomederivantedall’omonimaregioneinglese),lacuistrutturaèsimileaimoderniscaldabagnodomestici
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Unpo’distoria…….EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
TralafinedelXVIIIel'iniziodelXIXsecolo,l'esigenzadell'aumentodellasuperficiediscambiodeterminòilpassaggioasistemiatubidifumo checonsentivanounmigliorecontrollodelmotoconvettivodelmediovolumed'acqua nellelocomotiveavapore.Ilprincipaleproblemaeracheinsovraccaricotendevaadesplodere perleelevatepressionichesiraggiungevanonell'acqua.
Nel1867Babcock eWilcoxsuperaronoilproblema:all'internodeitubivenivafattacircolarel'acquadavaporizzare:migliorailcoefficientediscambiotermicoeaumentasuperficidiscambiopoichélacircolazionedelliquidopotevaavvenireaparitàdiperditadicaricoinpiùtubipiùpiccoliepiùtortuosi.Ulteriorivantaggi:Minorerapportovolumepotenza;avviamentomoltopiùrapidoperviadellapresenzadimenoliquido;dimensioniminoridellepartiapressione,chevenivanocosìadavereminorispessori(daquiilnomenonesplodente).
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Unpo’distoria……..EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Venneroquindisviluppatiigeneratoriacircolazioneforzata ilcuiprimogrossorappresentantefuilLaMont,tecnologiaoggiimprescindibileeuniversale.
L'evoluzionedeigeneratorifuquindilegatafinoallametàdelXXsecoloall'evoluzionedeicombustibilifossili.
Latransizioneaicombustibililiquidicomportòlosviluppodellatecnologiadell'iniezioneeilpassaggioalloscambioperirraggiamentochecaratterizzaicombustoricontemporanei.
Losfruttamentopacificodell'energianuclearehacomportatounariprogettazionespecificadelgeneratoreeunenormeimpulsoalsuocontrollo:nelreattorenucleareadacquabollentefunzionadirettamentecolcircuitoprimario,mentrenelreattorenucleareadacquapressurizzata,enelreattorenuclearealpiombo colsecondariooterziario.
Infinelatecnologiadelsolaretermodinamico rendeaccessibileoggilagenerazionedivaporeanchesuscalainferiore,oltreall'impiegopersempliceriscaldamento.
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Schemaimpiantoavapore
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1. Minimizzarel’eccessod’ariadicombustione
Uncombustionecorrettarichiedediimmettereincameradicombustioneunaquantitàdiariachecontengaabbastanzaossigenoperossidaretuttoilcombustibilemanondipiùalfineperminimizzareleperditedienergia.
Tipicamenteneigeneratori,laportatadicombustibileècontrollatadallapressionedelcorpocilindrico.Selapressionedivaporediminuisceilregolatorediflussodelcombustibilefaràinmododaaumentarelaportatadicombustibilealgeneratorecosìdaprodurrepiùvapore,riportandolapressionedelvaporealvaloredisetpoint.Alcontrarioselapressioneaumentailregolatoreridurràlaportatadicombustibilecosìdaridurrelaproduzionedivapore.
Poichélaportatadicombustibilecambiainfunzionedellarichiestadivaporeanchelaportatad’ariadeveadeguarsiinmododamanteneresempreunacombustionecorretta
Cisonoduemodalitàprincipaliperilcontrollodellacombustione:• Controllodiposizione• Regolatoreautomaticodell’ossigeno
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1. Minimizzarel’eccessod’ariadicombustione
• Controllodiposizione
Ilcontrollodelflussod’ariadicombustioneèrealizzatocollegandomeccanicamenteildispositivodicontrollodellaserrandadiimmissionedell’aria(alventilatore)aldispositivodicontrollodelflussodicarburante.
Questamodalitàdicontrollononincludenessunamisuraattivadell’ossigenoedelcombustibile.
Lemisurediossigenoecombustibilesonoeffettuatesoltantoperiodicamentepertararel’aperturadellaserrandainfunzionedelflussodicombustibile.
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1. Minimizzarel’eccessod’ariadicombustione
• Regolatoreautomaticodell’ossigeno
Ilflussodell’ariadicombustioneèregolatoinconsiderazionedell’aperturadellavalvoladiimmissionedelcombustibile(piùomenocombustibilerichiestodalprocesso)edelquantitativodiossigenopresenteneigasdiscaricoalcamino.
Ilcontenutodiossigenoneigasdiscaricoèmisuratoincontinuoequestopermetteunaregolazionepiùpuntualedell’eccessod’ariacosìdaminimizzarnelaquantità.
Inmolteistallazioniquestomeccanismodicontrolloèaccoppiatoconuninvertersulventilatorediimmissionedell’ariacheportaadunaddizionalerisparmiodienergiaelettrica
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1. Minimizzarel’eccessod’ariadicombustione
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
• Perilcalcolodelleperditedovuteall’eccessodiariavienespessoutilizzatalaformuladiHassenstein
• dove:Ks :coefficientediHassensteintf :temperaturafumita :temperaturaariaCO2 %:percentualedianidridecarbonica
λfumi=Ks x("#$"%)'()%
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1. Minimizzarel’eccessod’ariadicombustione
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λstack =𝑘𝑠 ((𝑡𝑠−𝑡𝑎))/(𝐶𝑂2%)
case1 case2Portatadivapore 20 t/h 20 t/hPressionefinaledelvapore 8,5 Mpa 8,5 MpaEntalpiadelvaporesaturo 2770 kJ/kg 2770 kJ/kgTemperaturaritornocondensa 70 °C 70 °CEntalpiadellacondensa 293 kJ/kg 293 kJ/kgPotenzaerogata 13761 kW 13761 kW
Temperaturafumialcamino(misurata) 200 °C 200 °CTemperaturaaria(misurata) 30 °C 30 °CO2 %(misurato) 4,6 % 10 %CO2 %(misurata) 9,2 % 6 %
8,7 % 13,3 %
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2. Pulirelesuperficidiscambiodelgeneratore
Lesuperficidiscambiotermicosisporcanoduranteilfunzionamento.
Superficidiscambiosporcheimplicanounaresistenzatermicaaddizionalealtrasferimentodell’energiadaifumidicombustioneall’acquadaevaporare;l’effettoprincipalesiconcretizzainunapiùaltatemperaturadeifumichefuoriesconoalcamino.
Piùaltalatemperaturadeifumialcaminopiùbassal’efficienzaglobaledelgeneratore,poichéunasignificativaquotadienergiaassociataagasdiscaricovienepersa.
Percuiènecessariopredisporreproceduredimanutenzioneche,periodicamente,puliscanolesuperficiediscambiodelgeneratore.
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2. PulirelesuperficidiscambiodelgeneratoreL’entitàdello«sporcamento»dellesuperficidiscambiolatofumidipendedaltipodicombustibile.Percombustibiligassosipuòesseretrascurabileoinesistente mapercombustibililiquidiosolidipuòessereconsiderevole(polveriefuligginesiattaccanoinfattiaitubidelgeneratore).
Lo«sporco»vienerimossoconl’utilizzodiopportune«soffianti»chesonolanceconugellicheutilizzanovaporeadaltapressioneoariacompressaperfrantumarelafuliggineformatasisuitubi.
IGeneratoriindustrialihannoimpostataunatempisticadipuliziaperlevariesezionilatofumidelloscambiatore.E’moltoimportantechequestosistemadipuliziafunzionicorrettamente.
Unindicatoredirettodello«sporcamento»deitubilatofumièlatemperaturadeglistessialcaminoeilsuoandamentochefornisceprezioseinformazionisull’effettivaperformancedelsistemadisoffiaggio.
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2. Pulirelesuperficidiscambiodelgeneratore
Lo«sporcamento»deitubilatoacquaècostituitodaincrostazionisullasuperficiedeitubi.
Taliincrostazioniportanoadunaumentodellaresistenzaalloscambiotermicooltreadunaumentodellatemperaturadeitubiconconseguenterotturadeglistessi;hannopertantounimpattodirettosullafunzionalitàeaffidabilitàdelgeneratoreesullaefficienzatotale.
Lo«sporcamento»latoacquaècontrollatoattraversol’analisidellacomposizionechimicadell’acquadelgeneratoreedèunafunzionedirettadellapressionedelgeneratore,dellaqualitàdell’acquadialimentoedelnumerodeglispurghi.
Leincrostazionivengonorimosseperviachimicaomeccanicaquandoilboilerèspentoe,solitamente,durantelafermataannuale
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2. Pulirelesuperficidiscambiodelgeneratore
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
λstack =𝑘𝑠 ((𝑡𝑠−𝑡𝑎))/(𝐶𝑂2%)
case1 case2Portatadivapore 20 t/h 20 t/hPressionefinaledelvapore 8,5 Mpa 8,5 MpaEntalpiadelvaporesaturo 2770 kJ/kg 2770 kJ/kgTemperaturaritornocondensa 70 °C 70 °CEntalpiadellacondensa 293 kJ/kg 293 kJ/kgPotenzaerogata 13761 kW 13761 kW
Temperaturafumialcamino(misurata) 180 °C 250 °CTemperaturaaria(misurata) 30 °C 30 °CO2 %(misurato) 4,6 % 4,6 %CO2 %(misurata) 9,2 % 9,2 %
7,7 % 11,2 %
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
Cisono3 tipiprincipalidirecuperatoredicaloredaigasdiscaricodiungeneratoredivaporeindustriale:
• Economizzatoriperilpreriscaldodell’acquadialimento
• Preriscaldatoriariadicombustione
• Economizzatoriperilpreriscaldodellacondensa
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
Iltipodirecuperatoredicalorechepuòesseretrovatoinungeneratoreindustrialedipendedalcombustibileutilizzatoedaltipodigeneratore.
Quasituttiigeneratoridivaporeindustrialehannouneconomizzatoresull’acquadialimento.
Moltigeneratorialimentaticoncombustibilesolidoocombustibilemoltoumidohannounpreriscaldodell’ariadicombustione.
Unsignificativonumerodigeneratoriindustrialiegeneratoriperlaproduzionedienergiaelettricahannosial’economizzatorecheilpreriscaldodell’aria.
Generatorichebrucianocombustibilegassosooliquidopossonoavereunrecuperatoreperilpreriscaldodellacondensa,asecondadelleesigenzecomplessivedicalorerichiestedalsistema.
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
Economizzatoreperilpreriscaldodell’acquadialimento
E’unoscambiatoredicalorechetrasferisceenergiatermicadaigasdiscaricoall’acquadialimentodelgeneratore.
Lostatodell’artedellatecnologiadegliscambiatoridicaloreeimaterialiutilizzatipermettonodiridurrealminimolacadutadipressionelatogasdiscaricoeoperarecondifferenzeditemperaturatalidaminimizzarelasuperficiediscambio.Inoltre,sonocompattienonhannopertantolimitazionedovutialladimensione.
Ancheseilgeneratoredivaporenonèdotatodieconomizzatoredirettamentedallacasacostruttrice,èmoltosempliceistallarlonellacorrentedigasdiscaricochefuoriescealcamino.
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
PreriscaldoariadicombustioneUnpreriscaldatoredell’ariadicombustionerecuperaenergiadaigasdiscaricochefuoriescanodalcamino.Loscambiotermicoèidenticoaquellocheavvienenell’economizzatoreperilpreriscaldodell’acquadialimento.
Inconseguenzadellanaturadelloscambiotermico,aria-aria,ipreriscaldatoridiariasonodigrandidimensionietipicamentecomportanounelevatacadutadipressione.Lamaggiorpartedeigeneratoriindustrialihannounventilatorepersuperarelacadutadipressioneeevitareunasignificativacontropressioneincameradicombustione.
Ilrisultatonettoèunariduzionedell’usodicombustibile,aparitàdiservizioreso,ediconseguenzaunmiglioramentodell’efficienzadelgeneratore.
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
PreriscaldoariadicombustioneE’importantechelatemperaturadeigasdiscaricononscendaaldisottodelpuntodirugiada perevitarelacondensazionedelvapor d’acquacontenutoneifumichecombinandosiconlaSO3 formaacidosolforicochepuòcondurrealdeterioramentosiadelloscambiatorechedelgeneratorestessoseimaterialiconcuisonostatirealizzatinontolleranolacondensazionedeigasdiscarico.
Questolimiteditemperaturadipendedalcontenutodizolfonelcombustibile.
Oltreall’acidosolforicoun’ulterioreriduzionedellatemperaturadeigasdiscaricoportaallaformazionediacidocarbonico.Laformazionedell’acidocarbonicononinfluenzaladuratadelgeneratore,poichél’acidocarbonicoèunacidodebolemaconiltempopuòdareluogoaproblemidifunzionalità.
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
EconomizzatoreacondensazioneEssendoilvapored’acquaunprodottodellacombustioneessoènellostatogassosoefuoriescealcamino.Tuttaviaquestovapored’acquacontieneunasignificativaquantitàdienergiachepuòessererecuperatasesipermettealvapored’acquadicondensare.
Incommerciosonodisponibilidispositivi,specificamenteprogettatiperlacombustionedicombustibilipuliti(gasnaturale,gasmetano,propano,oliocombustibile,…),perrecuperareilcalorelatentedelvapored’acquadaifumidiscarico.
Questidispositivisonoicosiddettieconomizzatoriacondensazione easecondadelcombustibile,possonomigliorarel’efficienzadelgeneratoreanchepiùdel10%.
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3. Istallaredispositiviperilrecuperodicalore
EconomizzatoreacondensazionePeraverelacondensazionenellacorrentedeigasdiscaricoènecessariochelatemperaturascendaaldisottodelpuntodirugiada.Questoètipicamenteacirca60°Cperlacombustionedelgasnaturaleepiùlatemperaturadiminuiscepiùvapored’acquacondensapermettendounpiùaltorecuperodicalore.
Deveevidenziarsicheilrecuperodienergiadallacondensazionedelvapored’acquadeigasdiscaricoèvantaggiososel’impiantorichiedecaloreabassatemperatura.
Applicazioniindustrialicherichiedonocaloreabassatemperatura,comeindustrieagroalimentari,impiantiavaporesenzarecuperodellecondense(100%acquadialimento),industrietessili,impiantiperilteleriscaldamento,etc.,costituisconoiltargetperglieconomizzatoriacondensazione.
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4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
L’acquadialimentodelgeneratore,principalmentecostituitadaacquadireintegroecondensato,deveesseretrattataprimadell’ingressonelgeneratore inquanto:• nell’acquadialimentosonosemprediscioltesostanzechenonsono
solubilinelvaporeelaloroconcentrazioneaumentaduranteilfunzionamentodelgeneratore.
• un’elevataconcentrazionedisostanzeinsolubilipuòprodurreseriinconvenientialgeneratoreduranteilfunzionamentochepossonocomprometternel’integritàecausarnedanneggiamenti.Taliinconvenienticonsistononella:• formazionedischiumacontrasportodiliquidonellaretevapore,• incrostazionedelletubazionilatoacquachepossonodareluogoa
perditeemalfunzionamenti,• presenzadifanghidiscioltinell’acqua,etc…
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29CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Ilcontrollodellaconcentrazionedellesostanzedisciolteeprecipitatenelgeneratoreavvieneattraversolo«spurgo»dipartedell’acquadialimento.
Generalmente,l’entitàdellospurgoècontrollataattraversolamisuradellaconducibilitàdell’acquadelgeneratore.
Laconducibilitàeirisultatiditestspecificisull’acquaaiutanoadaggiustarelaportatadeglispurghi.
Inlineagenerale:Piùèaltalaqualitàdell’acquadireintegrodisponibileminoresaràilnumerodispurghirichiesti.
Piùcondensasirecuperaminoresaràilnumerodispurghirichiesti.
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4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Lospurgoècostituitodaliquidosaturoallapressionedelgeneratore.Contienepertantounasignificativaquantitàdienergiatermica.
Poichélospurgoèscaricatodalgeneratorel’energiatermicaassociata(cheèstatafornitaconilcombustibile)èpersa.
Ilrapportotral’energiapersael’energiainingressoalgeneratoreèlaperditadovutaallospurgo.
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4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Utilizzareimisuratoridiportataconvenzionalipermisurarelaportatadeglispurghièdifficileessendolospurgocostituitodaacquasaturacheevaporaallaminimacadutadipressione (lamaggiorpartedeimisuratoridiportataimpongonounacadutadipressionesufficientepercuiilflussorisultacompostodaunafasevaporeeunafaseliquidapertantoimpossibiledamisurare).
Pertanto,alfinedimisurarelospurgosimisuralacomposizionechimicadell’acquadialimentoequelladell’acquanelboiler.
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32CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Perstabilirel’entitàdellospurgosiutilizzailrapportotralaconcentrazionedellesostanzeinsolubilinell’acquadialimentoenell’acquadelgeneratore
Laportatadellospurgo(β)comepercentualedellaportatadell’acquadialimentosiottienedallaformulaseguente:
β= 6789:9:;<==7>6?8@76789:9::AB?:;C:=CD<E97
=A7EA?ACFC=C9à:AB?:;C:=CD<E97A7E;?ACFC=C9à;<==7>6?8@7
mspurgo =(HI$H
)mvap
Dovemspurgo èlaportatadellospurgo.
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33CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
L’energiatermicapersadalgeneratore(Qsp,gen)eleperditedovuteallospurgo(λspurgo)sonocalcolatecomediseguito:
Qsp,gen= 𝑚𝑠𝑝𝑢𝑟𝑔𝑜(ℎ𝑠𝑝𝑢𝑟𝑔𝑜 − ℎ𝑎𝑐𝑞𝑢𝑎𝑎𝑙𝑖𝑚)
λspurgo =(YZ[,]^_
DA7DF`abcA7DF)x100
dovehspurgo ehacquaalim corrispondonorispettivamenteall’entalpiadell’acquadispurgoedell’acquadialimento
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34CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
EsempioCalcolarelaquantitàdiacquadispurgoelerelativeperditeperungeneratorecheproduce20ton/hdivaporea25baralimentatoagasnaturale.L’acquadialimentoentranelgeneratorea30bare110°C.Leinformazionisono:
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Portatavapore 20000 kg/h
Entalpiavaporesaturo25bar 2801 kJ/kg
Entalpiaacquaalimento30bar,110°C 463,5 kJ/kg
Entalpiaspurgo25bar 971,8 kJ/kg
PCIgasnat 34540 kJ/m3
Portatacomb. 1693 m3/hCostocomb 0,5 €/m3
Conducibilità spurgo 2000 μS/cm
Conducibilità acquaalimento 100 μS/cm
Temperaturaacquareintegro 20 °C
35CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Esempio
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
1053 kg/h
149 kW
0,92 %
mspurgo =𝜷
(𝟏$𝜷)mvapore
Qspurgo,generatore =mspurgo *(hsprugo - hacqua alimento)
λ spurgo =(Qspurgo,generatore𝒎𝒄𝒐𝒎𝒃∗𝑷𝑪𝑰𝒄𝒐𝒎𝒃
)∗ 𝟏𝟎𝟎
36CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Esempio
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
37CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Inrealtàinunimpiantoindustrialel’acquadialimentoèprimariscaldatainundegasatore oinunriscaldatoreesolodopoinviataalgeneratore.
Percuiinunaprospettivad’impianto,lospurgoèrimpiazzatoconacquadireintegrochesitrovaallecondizioniambientali(enonallecondizionedell’acquadialimento).Pertantolaperditaperspurgoècalcolatacomesegue:
Qsp,impianto= 𝑚𝑠𝑝𝑢𝑟𝑔𝑜(ℎ𝑠𝑝𝑢𝑟𝑔𝑜 − ℎ𝑟𝑒𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑜)
λspurgo =(YZ[,fg[f%_"h
DA7DF`abcA7DF)x100
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38CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Sullabasedeidatidell’esercizioprecedentecalcolarelaperditadienergiadeglispurghialivellodisistema(d’impianto)eicostiassociatiataleperdita.Assumerechel’acquadireintegroall’impiantositrovia20°C:
Qsp,impianto= mspurgo(hspurgo − hreintegro)=259,6 kW
λspurgo =(YZ[,fg[f%_"h
gshgtuv'wshgt)x100=1,60%
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39CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Inmoltecircostanze,ilcontrollomanualedeglispurghiportaadeccedereconglispurghistessiediconseguenzaaumentanoleperditedienergia.Altrevoltel’entitàdeglispurghièinsufficienteconconseguenzesull’affidabilitàelafunzionalitàdelgeneratore.
L’istallazionediundispositivoautomaticodicontrollopermettediminimizzareglispurghimantenendolacomposizionechimicadell’acquaneilimitirichiestiperunbuonfunzionamentodelgeneratoreeriducendoleperditedienergiaassociateaglistessi.
Ildispositivoperilcontrolloautomaticodeglispurghimonitoraincontinuolaconduttivitàdell’acquadelboileredagiscesuunavalvoladispurgoOn/Offomodulanteinmododariportarelaconduttivitàdell’acquaavaloricorretti.
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4. Istallareunsistemaautomaticodispurgo
Laconvenienzaadistallareundispositivoautomaticodispurgopuòesserecalcolatacomesegue:
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Qrisparmio,spurgo =(m spurgoattuale - mspurgonuovo)*(hspurgo - hreintegro)
Rspurgo =(Qrisparmiospurgox@<E∗abcA7DF
) ∗ Costocomb ∗hore
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5. Recuperareenergiadaglispurghi
L’energiatermicaassociataaglispurghipuòesserevirtualmentetuttarecuperatapermezzodiduetecniche:• Recuperotermicodalflashdivapore• Preriscaldodell’acquadireintegro
Nelprimocasolospurgoadaltapressionevieneinviatoalserbatoiodiraccoltachesitrovaabassapressione(generalmenteleggermentesuperioreallapressionedeldegasatore).Partedelliquidori-evaporaapressionepiùbassa.Questovaporeèpulitoepuòalimentareilcollettoredivaporeabassapressioneofornirevaporealdegasatore oalsistemadiriscaldodell’acquadialimento.
Illiquidocherimanenelserbatoiositrovaallatemperaturadisaturazione(>100°C)epuòancoraessereusatoperpreriscaldarel’acquadireintegropermezzodiunoscambiatoredicalore.
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5. Recuperareenergiadaglispurghi
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PressioneVapore 7 baraTemperaturacondense 170,4 °CEntalpiavaporesaturo 2768,3 kJ/kgEntalpiadelcondensato hc 720,8 kJ/kg
Pressioneserbatoiocondense 1 baraTemperaturacondense 100 °CPortatacondensaspurgo W 300 kg/hEntalpiavaporesaturo hv 2674,9 kJ/kgEntalpiaacquacondensa hw 419 kJ/kg
VaporeprodottodalFlash 0,134 kgv/kgc
VaporeprodottodalFlash 40,1 kg/h
Perditadienergia 22,8 kW
FSP=hc!hwhv−hw
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5. Recuperareenergiadaglispurghi
L’acquadispurgopuòesseresuccessivamentescaricatainfognaadunatemperaturamoltosimileaquelladell’acquadireintegro(temperaturaambiente).
Leperditeassociateaglispurghipossonopertantoessereteoricamentequasinulle.
Dalpuntodivistadeimateriali,ilserbatoiodiraccoltadeglispurghièuncomponentemoltosempliceeabassocosto.Tuttavia,loscambiatoredicaloredeveesseresceltoconaccuratezzainquantoilflussodispurgosporcalesuperficidiscambioepertantoènecessariochelestessesianofacilmenteaccessibiliperlapulizia.
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6. Migliorareiltrattamentodell’acqua
• Generalmentel’acquadialimentoèinfluenzatamoltodall’acquadireintegro.
• Ilcondensatoènormalmentel’acquapiùpulitadell’impiantovapore.• L’acquadireintegrodeveesseretrattataprimadiessereaggiunta
all’impiantosullabasedeirequisitichimicirichiestipergarantireunaffidabilefunzionamentodelgeneratore.
• Piùefficaceilsistemaditrattamentomigliorelaqualitàdell’acquadireintegro
Sisottolineachelagestionedeglispurghidipendedaduefattori:lapressionedifunzionamentodelgeneratoreeiltrattamentodell’acqua.
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6. Migliorareiltrattamentodell’acqua
• Piùaltalaqualitàdell’acquadireintegrominoreilnumerodispurghirichiesti.
• Piùbassoilnumerodispurghirichiestominoriperditedienergiaassociateaglistessi
Ma…….All’aumentaredellaqualitàdell’acquadireintegroaumentanoicostiditrattamentodell’acqua(infrastruttureaddizionaliemaggioreimpegnodicapitaliperlarealizzazionediimpiantididemineralizzazioneoaosmosiinversa).
Inmoltiimpiantiavaporeindustrialic’èunresponsabileperl’acquadireintegrochehailcompitodiassicurarechelastessaabbiaqualitàchimicheadeguate.
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6. Migliorareiltrattamentodell’acqua
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
L’acquademineralizzata prodottausandoitrattamentidiosmosiinversaeelettrodeionizzazione raggiungevaloridipurezzaconresistivitàfinoa18,3MΩ/cm(pariaunaconducibilitàdi0,056µS/cm).
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7. Migliorareosostituireirefrattaridelgeneratore
• Lacoibentazionedelgeneratoreeirefrattarihannoloscopodiassicurarelivellidisicurezzaadeguatialpersonaledell’impiantooltrearidurreleperditeperconvezioneeirraggiamentodelmantello.
• Sialacoibentazionedellasuperficieesterna,chesitrovaallecondizioniambientali,ealtridannigeneratidalfunzionamentodevonoessereriparatiperiodicamente.
• Inoltre,duranteleverificheannualiilrefrattariodeveessereispezionatoperindividuareeventualicrepeorotture.Infatti,particolariciclitermiciourtidirettipotrebberoaverlesionatoilrefrattario.Questaattivitàfapartedelprogrammadimanutenzionepredittivaepreventivaedhal’obiettivodiassicurareunfunzionamentoaffidabiledell’impianto.
• Disolitoilpersonaleutilizzaunacameraainfrarossipercercareipunticaldi(<70°C)econfrontaleimmaginineltempoperverificaresesononecessarieriparazioni.
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8. Minimizzareilnumerodeibruciatorifunzionanti
• Leperditealmantellosonogeneralmentepiccoleseconfrontateconaltreperditedelgeneratore.Maquesteperditepossonodiventaresignificativequandosonoinfunzionepiùgeneratori.Taliperditepossonodiventareancheeccessiveneicasiincuiilgeneratoreèpostoin“riservacalda”.
• Tipicamente,lamaggiorpartedegliimpiantiindustrialioperaconunaridondanzadigeneratoridialmeno“n+1”inmodocheèdisponibilealmenounextrageneratoreperprodurrevaporerispettoalladomandadivaporedelprocesso.
• Tuttociòperaumentarel’affidabilitàdifunzionamentoegarantirechelaproduzionenonrisentadieventualimalfunzionamentiincentraletermica.
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• Laproduzioneèspessodipendentedallastagionalità,daifinesettimana,dalleferie,dalciclogiorno/notteequestavariabilitàcondizionailnumerodigeneratorinecessaripercoprireladomanda.
• Generalmente,leopportunitàdiottimizzazioneerisparmioenergeticopossonocondurreallospegnimentodiunboilermaquesteopportunitàdevonoessereattentamentevalutate.
• Moltediquesteopportunità,infatti,sonoirrilevantiseconfrontateconlacomplessitàdicerteoperazionitipolospegnimentoel’accensionediungeneratoreeiltemponecessarioperriportarloall’operativitàprestabilita.
• Questoperòseèveropergrossigeneratoridivaporealimentatiacombustibilesolidoemenogiustificatonelcasodipiccoligeneratorialimentatiacombustibilegassosooliquido.
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8. Minimizzareilnumerodeibruciatorifunzionanti
8. Minimizzareilnumerodeibruciatorifunzionanti
Pertantoquandosianalizzanopotenzialiinterventidimiglioramento,nellagestionedeigeneratoridiunacentraletermica,sideve:• condurreunaattentavalutazionedeirischichepotrebberosorgere,a
livellodiproduttivitàdell’azienda,daunmancanzaoinsufficientedisponibilitàdivaporedovutaagliinterventichesiattuano.
• considerareidannieconomicichepotrebberoderivare.
• Tenereincontoanchelaspesanecessariaperlastrumentazionedainstallareperottimizzarelagestionedeigeneratoriinfunzionedelladomandadivaporedelprocesso.
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9. Analizzarel’eventualitàdisostituireilcombustibile
• Lasceltadelcombustibileèsignificativaperridurreicostioperatividovutialledifferenzedicostotraivaricombustibiliealdifferenterendimentodeigeneratori.
• L’efficienzadelcombustibileègeneralmenteunfattoresignificativoquandolosisostituisce.
• Avolteicostienergeticielespesedimanutenzionesicompensanomaquestononèimmediatamenteevidente.
• Inoltre,i«vincoli»ambientalipossonoincideresignificativamentenellasceltadelcombustibile.
• Sostituireilcombustibilenonnecessariamentesignifica“sostituirlocompletamente”.
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9. Analizzarel’eventualitàdisostituireilcombustibile
Impiantiperlagenerazionedivaporeinindustriapossonoaverepiùgeneratoriinfunzioneelasostituzionedelcombustibilepuòimplicare:• Lospegnimentodiungeneratorealimentatodauncertocombustibile
• Ridurrelaproduzionedivaporediungeneratorealimentatoconuncertotipodicombustibileecompensarequestariduzioneconunaumentodiproduzionediungeneratorealimentatoconunaltrocombustibile
• Utilizzodibruciatoriadoppioomulticombustibile
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9. Analizzarel’eventualitàdisostituireilcombustibile
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
Ildegasatore svolgeparecchiefunzioniinunimpiantoavapore,tracui:
• Rimuoverel’ossigenodiscioltonell’acquadialimento(funzioneprincipale)
• Preriscaldarel’acquadireintegro;
• Puòfunzionarecomeserbatoiopermiscelarelacondensarecuperataconl’acquadireintegro;
• Funzionacomeserbatoiodiaccumuloperl’acquadialimento
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
Ildegastore funzionaapressionefissa,stabilitainfasediprogetto.Lafunzioneprincipaledeldegasatore,rimuoverel’ossigenodall’acqua,richiedeun’azionedistrippaggio.L’azionedistrippaggioèdatadalvapore.Inaggiuntailvaporepreriscaldal’acquadireintegropercuiriducelasolubilitàdell’ossigenonell’acquaprimadell’azionedistrippaggio.Ildegasatore,pertanto,richiedeiniezionedirettadivaporevivo.Laquantitàdivaporerichiestodipendedalla:• Pressionedeldegasatore;• Laquantitàdicondensarecuperataedall’acquadireintegro;• Latemperaturadellacondensa;• Latemperaturadell’acquadireintegro;• Iltassodisfiatodeldegasatore
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
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Ladegasazione termicaèbasatasulprincipiosecondoilqualelasolubilitàdeigasnell'acquadiminuisceconl'aumentodellatemperaturafinoaraggiungerelecondizionidisaturazioneallequalilaquantitàdigasdiscioltiinessaèpraticamentenulla.Iltipopiùcomunedidegasatore èquelloatorretta.Intalemacchinasiindividuanotrezonediprocessodiverse:1. Zonadipreriscaldamento:generalmenteè
costituitadallapartepiùaltadellatorrettanellaqualevienenebulizzatal'acquadatrattareamezzodiugellispruzzatori,inquestomodol'acquavienepreriscaldata,condensandoilvaporeprovenientedallabasedellatorrettatrascinatodaigaschesonogiàstatiliberatiinprecedenza.
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
2. Zonadiriscaldamentoedegasaggio:l'acquacheerastatanebulizzata,scendepergravitànellazonacentraledellatorrettadovevieneliberatadeigasinessacontenutimediantefrazionamentoottenutoinpiattiforatidurantelasuafasedicaduta.
3. Zonadiribollimento:leultimetraccedigaspresentivengonoeliminateriscaldandol'acquafinoallasuatemperaturadisaturazioneadunapressionepiùelevatarispettoaquellaregnanteneldegasatore.Questoèpossibilealimentandolabasedellatorrettaconvaporeprovenientedallaturbina,ottenutomedianteopportunispillamenti.Facendolasuccessivamenteespandereedevaporare.
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
Selapressionedeldegasatore aumenta,ènecessariopiùvaporeelaquantitàdivaporechesfiataaumenta.Tuttavia,seilcondensatoritornaaaltatemperaturaoseesistelapossibilitàdipreriscaldarel’acquadireintegroconcalorealtrimentinonutilizzato,alloraèconvenienteoperareconildegasatoreapressionepiùalta.Operareapressionepiùaltarichiedeundegasatore didimensionipiùpiccoleaparitàdicaricodivapore.Cisonoparecchiesempidiprocessichesonocambiatineltempoochegliimpiantisisonomodificati.Questoasuavoltapuòcambiarelaquantitàdicondensatorecuperato,latemperaturadellacondensaeilpreriscaldodell’acquadireintegro.Percui,èmoltoimportantevalutarelafunzionalitàdeldegasatore eassicurarsichestialavorandoallapiùbassapressionepossibileeconlapiùaltaefficienza.
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10. Ottimizzareilfunzionamentodeldegasatore
Inoltre,riducendolapressionedeldegasatore siridurràlatemperaturad’ingressodell’acquadialimentoall’eventualeeconomizzatoreequestoriducelatemperaturadeifumicheesconoalcaminoaumentandol’efficienzaglobaledelgeneratore.
Attenzionedeveesserepostasulvaloredellatemperaturadell’acquadialimentoiningressoall’economizzatoreinmododaevitarechelatemperaturadeifumiscendasottoilpuntodirugiada.
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Retedidistribuzione
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Schemaimpiantoavapore
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Retedidistribuzionedelvapore
• Laretedidistribuzioneèmoltoimportanteperchéattraversoisuoicomponenti,collettori,tubazioni,raccordi,valvole,…ecc,portailvaporedallagenerazioneall’utenzafinale.
• Alcuniimpiantiindustrialisonomoltopiccolielaretedidistribuzionedelvaporepuònonesistere.
• Ilvaporedisolitoèprodottoadaltapressionechevieneridottaasecondadeiramidiretechedeveservire.Inalternativailvaporepuòessereprodottoaaltapressioneepoilaminatoadogniutilizzatore.
• Ilvaporeperesseremovimentatononrichiedenessundispositivomeccanico(pompa,compressore,..).Lapressioneforniscelaspintanecessariaperesseredistribuitoall’utenza.
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Retedidistribuzionedelvapore
Iprincipalicomponentidiunaretedidistribuzionedelvaporeincludono:• Tubazionieraccordi• Stazionidiriduzionedellapressione• Valvole• Coibentazione• Valvoledisicurezza• Separatoridicondensa(condensini)• Strumentidimisura
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Retedidistribuzionedelvapore
Dalpuntodivistadelprocesso,èfondamentalegarantirechegliutilizzatoriricevanolagiustaquantitàdivapore,allatemperaturaepressioneindicatadallespecifichediprogetto.
E’importanteevidenziarechesiailprocessochegliutilizzatoridelvaporepossonocambiareneltempomentrelaretedidistribuzionepuònoncambiare.
Analizzare,valutareeottimizzarelareteincontinuoèindispensabileperrendereilsistemaaffidabileedefficiente.
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Retedidistribuzionedelvapore
Unaretedidistribuzionenonadeguatapuòcreareproblemicome:
• Pressionedelvaporeinsufficientealcollettoredell’utilizzatore
• Quantitàdivaporeinsufficiente
• Scarsaqualitàdelvapore(vaporeumidopiuttostochesecco)
• Colpidiarieteneicollettori
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Ottimizzazioneretedidistribuzionedelvapore
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67CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
Ottimizzazioneretedidistribuzionedelvapore
Ottimizzarelaretedidistribuzionecomportadi:
• Intervenireperriparareeventualiperditedivapore;
• Ridurrealminimogli«sfiati»divapore;
• Verificarechetubazioni,valvole,raccordiecontenitorisianobencoibentati;
• Ridurrelacadutadipressioneneicollettori;
• Drenarelacondensadaicollettori.
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11. Ripararele«fughe»divapore
Produrrevaporeèunprocessocostoso;noninterveniresulle«fughe»divaporecomportasignificativeperditeeconomiche.
Fughedivaporepossonoavveniredappertuttomaipiùcomuniluoghisono:• Flangeeguarnizioni• Raccordi• Valvole• Condensini• Valvoledisicurezza• Rottureditubazioni
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11. Ripararelefughedivapore
Lefughedivaporedovuteallarotturadelletubazionipossonocostituirelafonteprincipalediperditeinunimpiantoindustriale.
Indipendentementedall’aspettoeconomicoleperditedivaporecostituisconounproblemadisicurezza,specialmenteseavvengonoinprossimitàdiareefrequentatedaaddettiall’impianto.
Leperditedivaporepossonoavvenireinpostiremotidellaretedidistribuzionepercuinonessendovisibilispessorimangonolipersemprecostituendounafontenontrascurabilediperditadienergia.
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70CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
11. Ripararelefughedivapore
E’pertantoessenzialeimpostareuncontinuoprogrammadimanutenzionebasatosull’individuazioneeeliminazionedellefughepermantenereinefficienzalafunzionalitàdell’impianto.
Moltevoltequestiprogrammidimanutenzionesonoostacolatiinaziendaperillorocostoeperleinterferenzesullafunzionalitàdell’impianto.
E’statocomunquedimostratocheadeguatiprogrammidimanutenzioneportanobeneficisiadalpuntodivistaeconomicochedalpuntodivistadell’affidabilitàfunzionaledell’impianto.
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11. Ripararelefughedivapore
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Areaforo A mm2
Pressionevapore Pvapore baraOrefunzionamento 7.500 h
PCImetano 34.325 kJ/Sm3
Costometano 0,4 €/Sm3
Entalpiacondensa 293 kJ/kg
Efficienzadelboiler 0,9 %
Portatadivapore 16 t/h
Costoproduzionedivapore(3bara) 3.737.256 €
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11. Ripararelefughedivapore
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Pressione Pvapore hvap.saturo diametro Area Perditavapore Perditavapore Energiapersa Comb.equi.nte CostoComb.equi.ntebar bara kJ/kg mm mm2 kg/h t/anno kWh/anno Sm3/anno €/anno
2 3,14 6,58 49,3 37.328 3.915 1.5664 12,56 26,30 197,3 149.313 15.660 6.2646 28,26 59,18 443,8 335.955 35.235 14.0948 50,24 105,20 789,0 597.254 62.640 25.05610 78,5 164,38 1232,9 933.209 97.875 39.15012 113,04 236,71 1775,3 1.343.821 140.940 56.376
2 3,14 10,94 82,0 62.631 6.569 2.6274 12,56 43,76 328,2 250.523 26.275 10.5106 28,26 98,46 738,4 563.677 59.118 23.6478 50,24 175,04 1312,8 1.002.092 105.099 42.04010 78,5 273,50 2051,2 1.565.769 164.218 65.68712 113,04 393,84 2953,8 2.254.707 236.473 94.589
2 3,14 15,30 114,8 88.064 9.236 3.6944 12,56 61,22 459,1 352.258 36.945 14.7786 28,26 137,74 1033,1 792.580 83.126 33.2508 50,24 244,87 1836,5 1.409.032 147.779 59.11210 78,5 382,61 2869,6 2.201.612 230.905 92.36212 113,04 550,96 4132,2 3.170.321 332.503 133.001
2 3,14 19,67 147,5 113.425 11.896 4.7584 12,56 78,68 590,1 453.700 47.584 19.0346 28,26 177,02 1327,7 1.020.825 107.064 42.8268 50,24 314,71 2360,3 1.814.800 190.336 76.13410 78,5 491,73 3688,0 2.835.624 297.400 118.96012 113,04 708,09 5310,6 4.083.299 428.256 171.302
2768
4 5,013
6 7,013
8 9,013
2 3,013 2725
2748
2762
73CorsoEnergyManagerMilano- 24novembre2017
11. Ripararelefughedivapore
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Perdita
vapore[kg/h]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2 4 6 8 10 12 14 16
pressionecollettore(bar)
diametro[mm]2diametro[mm]4diametro[mm]6diametro[mm]8diametro[mm]10diametro[mm]12
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12. Minimizzareglisfiatidivapore
• Avvengonoquandolevalvoledisicurezzaoaltridispositividicontrollodellapressionesfiatanovaporeinambientedirettamentedalcollettore.Questogeneralmenteavvienequandolaquantitàdivaporechearrivaalcollettoreèmaggiorediquellautilizzatadalprocesso.
• Avvengonoautomaticamentequandonelcollettoresisuperanoilimitidipressionestabiliti.
• Qualchevoltaglisfiatisonoeffettuatimanualmenteperragionidiprocesso.
• Glisfiatidivaporenondevonoessereconfusiconleperdite.
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12. Minimizzareglisfiatidivapore
• Glisfiatidivaporesonomoltopiùfrequentiinimpiantiindustrialidicogenerazionedicaloreeelettricitàcheutilizzanoturbineacontropressione,mentresonoassentiinimpianticheutilizzanoturbineacondensazione.
• Leperditedivaporedovuteaglisfiatipossonoesserecalcolateconlostessometodochesiutilizzaperlavalutazionedelleperditedaforioorifizi.
.
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
Lacoibentazionedellesuperficicaldeèestremamenteimportanteneisistemivaporeperleragionicheseguono:
• Sicurezzadelpersonaleaddettoall’impianto;
• Riduzionedelleperditedienergia;
• Mantenimentodellecaratteristichedelvaporeallecondizionirichiestedalprocessoedagliutilizzatorifinali;
• Protezionedeidispositivi,tubazioni,…..daifattoriambientali;
• Mantenimentodell’integritàcomplessivadelsistema;
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
Traleragionipercuilacoibentazioneèmancanteodanneggiatasipossonoelencare:
• Attivitàdimanutenzione;
• Scarsacuradegliimpianti;
• Nonprevistainfasediprogetto(valvole,raccordi,…);
• Usuradovutaallecondizioniambientali;
• Danneggiamentiaccidentali.
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
Leareepiùcomunidimancanza/danneggiamentodellacoibentazioneincludono:
• Collettori;
• Valvole;
• Utilizzatorifinali;
• Accumulatorieserbatoi;
• Tubazionidellacondensa.
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
Ifattoriprincipalicheinfluisconosullaquantitàdienergiapersapermancanzaoinadeguatacoibentazionesono:
• Temperaturadelvaporerichiestodalprocesso;
• Temperaturaambiente;
• Lasuperficieespostaallatemperaturaambientale;
• Laventositàdellazona;
• Leoreannualidiattività;
• Lecaratteristichediconducibilitàtermicadellatubazione/dispositivi;
• Laresistenzatermicadelmaterialecoibente.
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
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Datid'ingresso
conducibilitàtubo k1 50W/m°Cconducibilitàisolante k2 0,034W/m°Craggiointerno ri 0,045mspessoretubo r 0,005mraggioesternotubo r2 0,05m
coefficienteliminareinterno hi 4000W/m2°C
coefficienteliminareesterno he 20W/m2°Ctemperaturainterna ti 300°Ctemperaturaesterna te 20°Clunghezzatubo L 10m
superficieesternatubo S 3,14m2
Rendimentodelgeneratore ηboiler 0,85PCIcombustibile LHV 41860kj/kgoreannuali h 5000h/year
costodelcombustibile 0,3€/kg300€/TOE
costomaterialeisolante 15€/m2
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13. Coibentazionetubazioni/valvole/raccordi…..
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
spessoreisolante
raggioesterno
Resistenzatermica
Flussotermico
Riduzioneflussotermico
Risparmio duratainvestimento
tassod'interesse
Fattorediannualità
VAN
(r0-r2)=s r0
mm m m2°C/W W/m2 W/m2KgOIL/hm
2 Tep/anno €/anno anni % anni €0 0,05 0,05 6175 0
10 0,06 0,279 1003 5172 0,523 8,22 2.465 20 5 12,46 30.714
20 0,07 0,478 586 5589 0,565 8,88 2.663 20 5 12,46 33.191
30 0,08 0,651 430 5744 0,581 9,13 2.738 20 5 12,46 34.115
40 0,09 0,803 349 5826 0,589 9,26 2.777 20 5 12,46 34.601
50 0,1 0,940 298 5877 0,595 9,34 2.801 20 5 12,46 34.902
60 0,11 1,064 263 5912 0,598 9,39 2.817 20 5 12,46 35.109
70 0,12 1,178 238 5937 0,601 9,43 2.829 20 5 12,46 35.259
80 0,13 1,282 218 5957 0,603 9,46 2.839 20 5 12,46 35.374
90 0,14 1,379 203 5972 0,604 9,49 2.846 20 5 12,46 35.465
100 0,15 1,469 191 5984 0,605 9,51 2.852 20 5 12,46 35.539
110 0,16 1,554 180 5995 0,607 9,52 2.857 20 5 12,46 35.601
120 0,17 1,633 171 6003 0,607 9,54 2.861 20 5 12,46 35.652
130 0,18 1,708 164 6011 0,608 9,55 2.865 20 5 12,46 35.697
140 0,19 1,779 157 6018 0,609 9,56 2.868 20 5 12,46 35.736
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13. Distaccarelelineedivaporeinutilizzate
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Unprocessoindustrialecambia,ladomandadivaporevariaeavoltevaporenonèpiùrichiestoperparticolariutilizzatori.Tuttavia,spesso,lelineedivaporerimangonocollegateecontengonovaporevivofinoallaprimavalvoladiblocco.
Daunpuntodivistadirisparmioenergeticoeeconomicodistaccarequestelineeportaa:
• Eliminareleperditedienergia;
• Eliminarelefughedivapore;
• Eliminareilcondensatochesiformanelcollettoreechepuòdarluogoacolpid’ariete;
• Ridurrelamanutenzionedeicomponentidelsistemavaporecheinsistonosuquestelinee.
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Un’attentacuradeveesserepostanellostudioenellacomprensionedelleutenzevaporeinquantol’ottimizzazionedellestessepotrebbeforniresignificativibeneficidalpuntodivistaenergeticoeeconomico.
Un’industriacheutilizzavaporenelprocessoproduttivodovrebbeistruireilpropriopersonaleacapireleeffettiveesigenzedivaporenellediversefasidelprocessoproduttivo.
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
dovehvapore 2676 kJ/kghcondensato 419 kJ/kg
Unoscambiatoredicaloretubolare(atubiemantello)riscalda600l/mindiacquada25a75°C.Perilriscaldamentosiutilizzavaporesaturoallapressioneatmosferica.Ilcondensatoescedalloscambiatorea100°C.Calcolarelapotenza(flussodicalore)elaquantitàdivaporerichiestoperquestoprocesso
Perilbilancioenergeticolaquantitàdicaloredicuisopraèfornitadalvaporepercuisiha:
Q acqua= macquaxCpx(Tout − Tin)
Q acqua=34434 x4,183x(75− 25) = 2091kW
Q acqua= Qvapore = mvaporex(hvapore − hcondensato)
Q acqua= 2091 = mvaporex(2776 − 419)
mvapore =𝟐𝟎𝟗𝟏
(𝟐𝟕𝟕𝟔−𝟒𝟏𝟗)=0,926kg/s=3,34t/h
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Poichénonsifalavoroesternol'equazionediconservazionepuòesserescritta
dovehvapore 2676 kJ/kg hacqua75°C 314 kJ/kghacqua25°C 104,8 kJ/kg ρacqua75°C 0,975 kg/l
mvapore=9,75-macquaingresso
Facendoledovutesostituzionisiottiene:macquaingresso= 539l/m mvapore= 2,85t/h
Vaporesaturoallapressioneatmosfericaèdirettamenteiniettatoinunserbatoioperriscaldareacquada25a75°C.Ilprocessorichiede600l/mindiacquacalda.Calcolarelaquantitàdivaporerichiestoperquestoscambiodirettodivapore.
L'equazionediconservazionepuòesserescritta:macquauscita= macquaingresso + mvapore
macquauscita x hacquauscita= macquaingressoxhacquaingresso −mvaporexhvapore
macquauscita= macquaingresso + mvapore=600/60x974,9/1000 =9,75kg/s
9,75x 314 = macquaingressox104,8+mvaporex2676=3061,5kJ/s
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
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14. Opportunitàdiottimizzazionenegliusifinali
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Unavoltacheilvaporehatrasferitolasuaenergiatermicasitrasformaincondensa.Lacondensadeveessererimossadicontinuodall’impiantoLacondensanonèunoscartodelprocessomalaformapiùpuradell’acquaed,inoltre,haunsignificativovaloreeconomicoinquanto:• Èpiùcaldadell’acquadireintegro• Nonnecessitadinessuntrattamentochimicoperessere
riutilizzatanell’impianto• Puòessereinviatadirettamenteinfognasenzanecessitàdi
asportareilsuocontenutotermico
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Ilrecuperodellacondensaèconsiderato«buono»quandoeccedel’80%,inprocessiladdovenonèrichiestovaporeaperdere.Iprincipalicomponentidiunsistemadirecuperodellacondensasono;• Gliscaricatoridicondensa(trappoledivapore,condensini,..)• Letubazionidirecupero• Iserbatoidirecuperoediflash• Lepompe• Ifiltri
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Inunimpiantoindustrialeconunaretedivaporemoltoestesaemoltiutilizzatori,ilrecuperodellacondensadipendedaiseguentifattori:• Illivellodicontaminazionidellastessa• Ilcostodeicomponentiattrezzaturenecessari• Ilcostodellareteditubazioniperilrecupero
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
EfficienzaEnergeticanegliImpiantiVapore
Recuperarepiùcondensapossibileportaaridurre:• l’energiarichiestaneldegasatore• l’acquadireintegro• lesostanzechimicheperiltrattamentodell’acqua• Glispurghi
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
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Esercizio
Efficienza delgeneratore 0,92
Portata diavpore 20t/h
Temperaturaritornocondensa 70°C
Entalpiadellacondensa 293,07kJ/kg
Entalpiaacquadireintegro 83,91kJ/kg
PCIgasanturale 34450kJ/Sm3
Oreannualidiattività 7500h/year
Costo delgasnaturale 0,4€/Sm3
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15. Opportunitàdiottimizzazionenelrecuperodellacondensa
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Esercizio
condensarecuperata % 20 40 60 80 100
portatacondensa t/h 4 8 12 16 20
contenutoenergeticocondensa kW 232,4 464,8 697,2 929,6 1162
risparmioenergetico kW 252,6 505,2 757,8 1010,4 1263,0
risparmiodicombustibile Sm3/year 197.981 395.961 593.942 791.923 989.903
Risparmioeconomico €/year 79.192 158.385 237.577 316.769 395.961
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